DE102010012536A1 - Apparatus for curing a coating on an article with electromagnetic radiation - Google Patents
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Abstract
Eine Vorrichtung zum Aushärten einer Beschichtung, insbesondere eines UV-Lacks, auf einem Gegenstand, insbesondere auf einer Fahrzeugkarosserie, mit elektromagnetischer Strahlung, umfasst einen von einem Gehäuse (30) begrenzten Belichtungsraum (46), in welchen der Gegenstand (26) hinein und aus welchem der Gegenstand (26) wieder heraus förderbar ist und welchem mittels einer Inertgaseinrichtung (69) Inertgas zuführbar ist. Mit Strahlungsmitteln (86) ist elektromagnetische Strahlung erzeugbar. Das Gehäuse (30) umfasst einen Innenmantel (32), welcher den Belichtungsraum (46) zumindest teilweise begrenzt, und einen Außenmantel (34), welcher den Innenmantel (32) zumindest teilweise umgibt, wobei zwischen dem Innenmantel (32) und dem Außenmantel (34) ein Arbeitsraum (36) ausgebildet ist. Strahlungsmittel (86) sind derart in dem Arbeitsraum (36) angeordnet, dass Strahlung durch den Innenmantel (32) hindurch dringen muss, um in den Belichtungsraum (46) und auf die zu belichtende Beschichtung zu gelangen.A device for curing a coating, in particular a UV lacquer, on an object, in particular on a vehicle body, with electromagnetic radiation comprises an exposure space (46) delimited by a housing (30) into which the object (26) enters and leaves to which the object (26) can be conveyed out again and to which inert gas can be fed by means of an inert gas device (69). Electromagnetic radiation can be generated with radiation means (86). The housing (30) comprises an inner jacket (32) which at least partially delimits the exposure space (46), and an outer jacket (34) which at least partially surrounds the inner jacket (32), with between the inner jacket (32) and the outer jacket ( 34) a working space (36) is formed. Radiation means (86) are arranged in the working space (36) in such a way that radiation has to penetrate through the inner jacket (32) in order to get into the exposure space (46) and onto the coating to be exposed.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aushärten einer Beschichtung, insbesondere eines UV-Lacks, auf einem Gegenstand, insbesondere auf einer Fahrzeugkarosserie, mit elektromagnetischer Strahlung, mit
- a) einem von einem Gehäuse begrenzten Belichtungsraum, in welchen der Gegenstand hinein und aus welchem der Gegenstand wieder heraus förderbar ist;
- b) einer Inertgaseinrichtung, mittels welcher dem Belichtungsraum Inertgas zuführbar ist;
- c) Strahlungsmitteln, mittels welchen elektromagnetische Strahlung erzeugbar ist.
- a) an exposure space delimited by a housing, into which the object is able to be conveyed out and out;
- b) an inert gas device, by means of which the exposure chamber inert gas can be fed;
- c) radiation means by means of which electromagnetic radiation can be generated.
Unter dem Begriff Aushärten ist vorliegend jede Art der Vernetzung, des Polymerisierens und des Trocknens von Material zu verstehen, insbesondere das Aushärten eines Lackes durch Strahlung, weshalb die Begriffe Aushärten und Trocknen nachfolgend synonym verwendet werden. Durch das Aushärten bzw. Trocknen soll eine hohe Oberflächengüte erreicht werden, wozu insbesondere ein gleichmäßig glatter Verlauf des Lackes an der Oberfläche zählt.The term curing is understood in the present case to mean any type of crosslinking, polymerization and drying of material, in particular the curing of a coating by radiation, for which reason the terms curing and drying are used interchangeably below. By curing or drying a high surface quality is to be achieved, including in particular a smooth flow of the paint on the surface counts.
Vorrichtungen der eingangs genannten Art sind beispielsweise aus der
Die Inertgasatmosphäre sollte höchstens eine Restsauerstoffmenge von 10% haben. Üblicherweise ist jedoch eine Inertgasatmosphäre erforderlich, welche eine Restsauerstoffmenge um 1% bis 5%, vorzugsweise 1%, aufweist. Die Sauerstoffkonzentration in dem Belichtungsraum wird mittels Sensoren überwacht und die Zufuhr von Inertgas abhängig von der vorliegenden Sauerstoffkonzentration geregelt.The inert gas atmosphere should have at most a residual oxygen amount of 10%. Usually, however, an inert gas atmosphere is required which has a residual oxygen amount of 1% to 5%, preferably 1%. The oxygen concentration in the exposure space is monitored by means of sensors and the supply of inert gas is regulated as a function of the oxygen concentration present.
Eine geringe Restsauerstoffmenge erlaubt größere Toleranzbereiche im Hinblick auf die einzuhaltenden Belichtungsparameter wie die spezifische Strahlungsleistung mWcm–2 und die spezifische Strahlungsenergie mJcm–2, um eine qualitativ hochwertige Lackierung zu erhalten.A small amount of residual oxygen allows larger tolerance ranges with regard to the exposure parameters to be observed, such as the specific radiant power mWcm -2 and the specific radiant energy mJcm -2 , in order to obtain a high quality finish.
Der Belichtungsraum muss bestimmten Anforderungen genügen. Das Inertgas im Belichtungsraum wird mit der Zeit mit Verunreinigungen wie Crackprodukten beladen, die während des Aushärtprozesses aus dem UV-Lack freigesetzt werden. Daher muss der Belichtungsraum beispielsweise so konzipiert sein, dass sich die im Belichtungsraum befindliche Inertgasatmosphäre nicht mit der Umgebungsatmosphäre vermischen kann. Darüber hinaus kann die mit Schadstoffen verunreinigte Inertgasatmosphäre die Strahlungsmittel angreifen, die insbesondere in Form von UV-Strahlern vorliegen.The exposure space must meet certain requirements. The inert gas in the exposure chamber is charged over time with impurities such as cracking products released from the UV varnish during the curing process. For this reason, the exposure space must, for example, be designed such that the inert gas atmosphere in the exposure space can not mix with the ambient atmosphere. In addition, contaminated with pollutants inert gas atmosphere can attack the radiation, which are present in particular in the form of UV lamps.
Letztere müssen für einen einwandfreien Betrieb gekühlt werden, wozu meist Kühlluft eingesetzt wird, die den UV-Strahlern durch vorgelagerte Lüfter zugeführt wird. Auch die Kühlluft darf jedoch nicht mit der Umgebungsatmosphäre in Kontakt kommen, da sie bei kleineren Leckagen des Gehäuses des Belichtungsraumes, die nicht sofort entdeckt werden, ebenfalls mit Schadstoffen kontaminiert sein kann. Abgesehen davon entsteht beim Betrieb von UV-Strahlern Ozon, welches nicht in die Umgebungsatmosphäre gelangen darf und gegebenenfalls den Aushärtprozess stören kann.The latter must be cooled for trouble-free operation, for which cooling air is usually used, which is supplied to the UV lamps by upstream fans. However, the cooling air must not come into contact with the ambient atmosphere, as they may also be contaminated with pollutants for smaller leaks of the housing of the exposure space, which are not immediately detected. Apart from this, when operating UV lamps, ozone is generated which must not be allowed to enter the ambient atmosphere and possibly interfere with the curing process.
Insbesondere UV-Strahler haben eine verhältnismäßig stark begrenzte Lebensdauer. Daher ist es wünschenswert, wenn die Strahlungsmittel gut zugänglich und im besten Falle während des Betriebs der Vorrichtung ausgetauscht werden können.In particular, UV emitters have a relatively limited life. Therefore, it is desirable if the radiation means can be readily accessible and, at best, replaced during operation of the device.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zum Aushärten einer Beschichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche diesen Gedanken Rechnung trägt.The object of the invention is therefore to provide a device for curing a coating of the type mentioned, which bears this idea into account.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass
- d) das Gehäuse einen Innenmantel umfasst, welcher den Belichtungsraum zumindest teilweise begrenzt;
- e) das Gehäuse einen Außenmantel umfasst, welcher den Innenmantel zumindest teilweise umgibt;
- f) zwischen dem Innenmantel und dem Außenmantel ein Arbeitsraum ausgebildet ist;
- g) Strahlungsmittel derart in dem Arbeitsraum angeordnet sind, dass Strahlung durch den Innenmantel hindurch dringen muss, um in den Belichtungsraum und auf die zu belichtende Beschichtung zu gelangen.
- d) the housing comprises an inner jacket which limits the exposure space at least partially;
- e) the housing comprises an outer sheath which at least partially surrounds the inner sheath;
- f) a working space is formed between the inner casing and the outer casing;
- g) radiation means are arranged in the working space such that radiation must penetrate through the inner jacket in order to get into the exposure space and on the coating to be exposed.
Erfindungsgemäß ist das Gehäuse des Belichtungsraums somit zweischalig aufgebaut, so dass sich zwischen den Strahlungsmitteln und dem Belichtungsraum der Innenmantel befindet. Dieser muss daher zumindest in einzelnen Bereichen für die von den Strahlungsmitteln emittierte Strahlung durchlässig sein.According to the invention, the housing of the exposure space is thus constructed with two shells, so that the inner sheath is located between the radiation means and the exposure space. The latter must therefore be permeable, at least in individual areas, to the radiation emitted by the radiation means.
Die im Belichtungsraum frei werdenden Verunreinigungen können so nicht zu den Strahlungsmitteln gelangen und diese angreifen. Zugleich kann der Arbeitsraum als Kühlraum für die Strahlungsmittel genutzt werden. Im Falle von UV-Strahlern als Strahlungsmittel kann in deren Betrieb entstehendes Ozon außerdem gut aus dem Arbeitsraum abgeführt werden, ohne dass dieses in die Inertgasatmosphäre im Belichtungsraum gelangen und dort den Aushärtprozess negativ beeinflussen kann.The impurities released in the exposure space can thus not reach the radiation means and attack them. At the same time, the working space can be used as a cooling space for the radiation means. In the case of UV emitters as a radiation agent in their operation resulting ozone In addition, good to be discharged from the working space without this enter the inert gas atmosphere in the exposure room and there can adversely affect the curing process.
Es ist vorteilhaft, wenn der Innenmantel gasdicht ist. So ist eine sichere Trennung der Inertgasatmosphäre im Belichtungsraum und der Atmosphäre im Arbeitsraum zwischen Innenmantel und Außenmantel gewährleistet.It is advantageous if the inner jacket is gas-tight. Thus, a secure separation of the inert gas atmosphere in the exposure chamber and the atmosphere in the working space between the inner shell and outer shell is ensured.
Es kann günstig sein, wenn der den Belichtungsraum begrenzende Bereich des Innenmantels weitgehend aus Material gefertigt ist, welches für von den Strahlungsmitteln erzeugte Strahlung durchlässig ist. Vorzugsweise ist dann die zum Arbeitsraum weisende Innenfläche des Außenmantels mit einer Reflexionsschicht versehen.It may be favorable if the region of the inner jacket which delimits the exposure space is largely made of material which is permeable to radiation generated by the radiation means. Preferably, then facing the working space inner surface of the outer shell is provided with a reflective layer.
Alternativ kann der den Belichtungsraum begrenzende Bereich des Innenmantels ein oder mehrere Fensterbereiche aus einem Material umfassen, welches für von den Strahlungsmitteln erzeugten Strahlung durchlässig ist. Vorzugsweise sind in diesem Fall nicht-durchlässige Bereiche des Innenmantels auf der zum Belichtungsraum weisenden Seite mit einer Reflexionsschicht versehen.Alternatively, the area of the inner shell which delimits the exposure space may comprise one or more window areas made of a material which is permeable to radiation generated by the radiation means. In this case, non-transmissive regions of the inner jacket are preferably provided with a reflection layer on the side facing the exposure space.
Es ist von Vorteil, wenn das strahlungsdurchlässige Material Quarzglas ist. Beispielsweise kann dann der Innenmantel weitgehend aus Quarzglas gefertigt sein oder Quarzglasfenster umfassen.It is advantageous if the radiation-transmissive material is quartz glass. For example, then the inner jacket can be made largely of quartz glass or include quartz glass window.
Wenn eine Gasaustauscheinrichtung vorhanden ist, mittels welcher die in dem Arbeitsraum herrschende Atmosphäre austauschbar ist, können im Betrieb der Strahlungsmittel entstehende Verunreinigungen wie Ozon kontinuierlich oder taktweise aus dem Arbeitsraum abgeführt werden. Zudem kann dadurch, dass die Atmosphäre aus dem Arbeitsraum abgesaugt werden kann, verhindert werden, dass in der Arbeitsraumatmosphäre vorhandene Verunreinigungen bei Leckagen im Innenmantel in den Belichtungsraum eindringen und dort den Aushärtprozess stören können. Darüber hinaus wird auch verhindert, dass Inertgas aus dem Belichtungsraum in die Umgebung gelangt, wo sich Bereiche mit gesundheitsschädlicher Inertgaskonzentration, beispielsweise Bereiche erhöhter Kohlendioxidkonzentration ausbilden könnten.If a gas exchange device is present, by means of which the atmosphere prevailing in the working space is exchangeable, contaminants such as ozone arising during operation of the radiation medium can be removed from the working space continuously or intermittently. In addition, it can be prevented by the fact that the atmosphere can be sucked out of the working space, that present in the working space atmosphere impurities in leaks in the inner shell penetrate into the exposure space and there can disturb the curing process. In addition, it is also prevented that inert gas from the exposure room enters the environment, where areas could be formed with harmful inert gas concentration, such as areas of increased carbon dioxide concentration.
Dabei ist es günstig, wenn die Gasaustauscheinrichtung eine Belüftungseinrichtung umfasst. Es ist ausreichend, wenn die Atmosphäre im Arbeitsraum aus Luft besteht, eine besondere Schutzgasatmosphäre wie im Belichtungsraum ist nicht erforderlich.It is advantageous if the gas exchange device comprises a ventilation device. It is sufficient if the atmosphere in the working space consists of air, a special protective gas atmosphere as in the exposure room is not required.
Es ist insbesondere für Wartungszwecke vorteilhaft, wenn die Strahlungsmittel von dem Außenmantel getragen sind.It is particularly advantageous for maintenance purposes when the radiation means are carried by the outer jacket.
Eine gleichmäßige Durchflutung des Belichtungsraums mit der gewünschten Strahlung kann erzielt werden, wenn die Strahlungsmittel mehrere Strahlungsquellen umfassen.A uniform flow of the exposure space with the desired radiation can be achieved if the radiation means comprise a plurality of radiation sources.
Im Hinblick auf den Außenmantel ist es möglich, dass dieser die Strahlungsquellen von außen zugänglich trägt. So kann eine Wartung oder ein Austausch einer Strahlungsquelle verhältnismäßig einfach und gegebenenfalls bei laufendem Betrieb der Vorrichtung erfolgen.With regard to the outer shell, it is possible that this carries the radiation sources accessible from the outside. Thus, a maintenance or replacement of a radiation source can be done relatively easily and possibly during operation of the device.
Abhängig von der Kontur eines beschichteten Gegenstandes kann dieser durch Bauteile abgeschattete Bereiche aufweisen, zu denen die durch die Strahlungsquellen in den Belichtungsraum eingebrachte Strahlung nicht in dem Maße gelangt, wie es für ein einwandfreies Aushärten der Beschichtung notwendig ist. Für solche Fälle ist es günstig, wenn neben den Strahlungsmitteln eine Strahlungseinrichtung mit wenigstens einer beweglichen Strahlungsquelle vorhanden ist, welche auf den Gegenstand zu und von diesem weg bewegt werden kann. Hierdurch kann ein gezieltes Bestrahlen von bestimmten Bereichen des Gegenstandes erfolgen.Depending on the contour of a coated article, it may have regions shadowed by components, to which the radiation introduced by the radiation sources into the exposure chamber does not reach the extent necessary for proper curing of the coating. For such cases, it is favorable if, in addition to the radiation means, there is a radiation device with at least one mobile radiation source which can be moved towards and away from the object. As a result, a targeted irradiation of certain areas of the object can take place.
Dabei ist es günstig, wenn die Strahlungseinrichtung wenigstens eine in ihrer Länge veränderbare Lanze umfasst, welche an ihrem beweglichen Ende die Strahlungsquelle trägt.It is advantageous if the radiation device comprises at least one variable in length lance, which carries the radiation source at its movable end.
Auf Grund der vermehrt zum Einsatz kommenden UV-Lacke ist es günstig, wenn die Strahlungsquellen UV-Strahler sind.Due to the increasing use of UV coatings, it is advantageous if the radiation sources are UV emitters.
Im Hinblick auf den Zugang zum Belichtungsraum ist es besonders günstig, wenn das Gehäuse des Belichtungsraums eine obere Zugangsöffnung aufweist. Da sich als Inertgas insbesondere Kohlendioxid bewährt hat, welches im gasförmigen Zustand schwerer als Luft ist, ist es vorteilhaft, wenn der Gegenstand von oben in den Belichtungsraum und das darin befindliche Inertgas eintaucht.With regard to the access to the exposure space, it is particularly advantageous if the housing of the exposure space has an upper access opening. Since, in particular, carbon dioxide, which is heavier than air in the gaseous state, has proven to be suitable as the inert gas, it is advantageous for the article to be immersed from above into the exposure space and the inert gas located therein.
Ergänzend kann die obere Zugangsöffnung vorteilhaft mit einer Abdeckung verschließbar sein.In addition, the upper access opening can advantageously be closed with a cover.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings. In these show:
In
Die Oberflächenbehandlungsanlage
In der Trockenzone
Die Trocknerkabine
Der Innenmantel
Der Innenmantel
Hierzu weist der Innenmantel
Der Außenmantel
Wie insbesondere in
Dem Belichtungsraum
Die in dem Arbeitraum
Der Innenmantel
Wie anhand der Figuren zu erkennen ist, sind die Durchgangsöffnungen
Der Außenmantel
Jeder UV-Strahler
Neben den stationären UV-Strahlern
Hierzu ragen beim vorliegenden Ausführungsbeispiel vier Lanzen
Die Innenfläche
Auf der Oberseite der Kabinendecke
In
Wie dort zu erkennen ist, umfasst der UV-Strahler
Zwischen der Rahmenstruktur
Die oben beschriebene Trocknerkabine
Eine beschichtete Fahrzeugkarosserie
A
Dem Belichtungsraum
Nun wird die Fahrzeugkarosserie
Dann wird der Schlitten
Durch möglicherweise beim Eintauchen der Fahrzeugkarosserie
Daher wird zunächst weiter Kohlendioxid über die Inertgasleitung
Die Sauerstoffkonzentration in dem Belichtungsraum
Wenn die Restsauerstoffmenge in der Inertgasatmosphäre im Belichtungsraum
Der Arbeitsraum
Abhängig von dem verwendeten UV-Lack wird die Fahrzeugkarosserie
Wenn die Fahrzeugkarosserie
In diesem Fall kann ein beweglicher UV-Strahler
Gegebenenfalls kann die Fahrzeugkarosserie
Nachdem der UV-Lack vollständig ausgehärtet ist, werden die UV-Strahler
Wenn die Fahrzeugkarosserie
In jüngerer Zeit werden vermehrt UV-Lacke zur Lackierung von Fahrzeugkarosserien – und auch von Zubehörteilen, wie Stoßfängern, Hinterachsen und dergleichen – eingesetzt, bei denen eine optimale Härtung unter UV-Bestrahlung erzielt wird, wenn die Beschichtung vor und während der Bestrahlung eine höhere Temperatur zwischen 40°C und 120°C, bevorzugt zwischen 70°C und 100°C, hat. Diese Temperatur herrscht unter Betriebsbedingungen vorzugsweise im Belichtungsraum
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Legal Events
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: EISENMANN SE, DE Free format text: FORMER OWNER: EISENMANN ANLAGENBAU GMBH & CO. KG, 71032 BOEBLINGEN, DE |
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R016 | Response to examination communication | ||
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R016 | Response to examination communication | ||
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: EISENMANN SE, DE Free format text: FORMER OWNER: EISENMANN AG, 71032 BOEBLINGEN, DE |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: OSTERTAG & PARTNER, PATENTANWAELTE MBB, DE |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |